一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料及其制备方法

摘要

一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料及其制备方法，它由芯部和外层两部分组成，芯部由含有活性元素的活性合金组成，外层由银合金组成。其主体成分质量百分比含量为：活性合金：2～6%，它由Ti，Zr，Hf三元素组成，其质量百分比含量为：Zr：0.1～5%，Hf：0～3%，其余为Ti；银合金：94～98%，它由Ag、Cu、Ge元素组成，其质量百分比含量为：Ag：66～72%，Cu：26～27.9%，Ge：0.1～8%。采用半熔融金属挤压将活性芯包裹在内部的方法直接得到丝状活性芯银钎料。本发明相对于国内同类产品具有钎料熔点低的特点，制备工艺生产效率高，为制造因脆性金属间化合存在造成的难加工成形钎料开辟了新途径。

权利要求

1.一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料，其特征在于：由芯部和外层两部分组成，芯部由Ti、Zr、Hf三元素或Ti、Zr两元素组成的活性合金构成；外层由Ag、Cu、Ge元素组成的银合金构成；其中活性合金与银合金所占钎料主体的质量百分比为：活性合金：2～6%，银合金：

94～98%；所述活性合金各成分的质量百分比含量为：Zr：0.1～5%，Hf：0～3%，其余为Ti；

所述银合金各成分的质量百分比含量为：Ag：66～72%，Cu：26～27.9%，Ge：0.1～8%。

2.一种如权利要求1所述的钎焊陶瓷用活性芯银钎料制备方法，其特征在于：采用半熔融银合金挤压将活性合金芯包裹在内部的方法直接得到丝状活性芯银钎料。

3.根据权利要求2所述的钎焊陶瓷用活性芯银钎料制备方法，其特征在于：具体方法包括如下步骤：A 按照活性合金的百分比含量配制活性合金原材料，经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到TiZrHf活性合金丝，将该活性合金丝放入送丝机构中，并使其一端固定在绕丝架上；

B 按照银合金的百分比含量配制银合金原料，熔炼至半熔融状态，倒入温度为720～

760℃的挤压筒内；

C 挤压半熔融银合金，同时启动绕丝架，拉动活性合金丝，使其缠绕在绕丝架上，即得活性芯银钎料丝。

4.根据权利要求3所述的钎焊陶瓷用活性芯银钎料制备方法，其特征在于：步骤C中的挤压压力：500～1000kN；绕丝速度：2～6m/min。

说明书

一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料及其制备方法，主要用于陶瓷及其复合材料的钎焊连接，属于钎焊材料及其制造领域。

背景技术

[0002] 陶瓷材料在现代工业和高科技领域中占有重要的地位。它具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗磨损等一系列优良性能并具有优良的电绝缘性能、化学稳定性能，被广泛应用于陶瓷发动机、磁流体发电和核反应装置等尖端工业以及真空电子器件等电子领域中。

[0003] 在实际应用中，由于陶瓷材料较脆、具有难加工成形性，通常需要将陶瓷与金属连接起来，钎焊是连接陶瓷与金属的方法之一。目前活性金属钎料法（含有Ti等元素的钎料钎焊方法）已经成为陶瓷连接的热门话题，其中陶瓷连接用活性钎料难加工成形一直是该类钎焊方法推广应用的技术瓶颈。这主要是因为Ti元素易与大多数金属反应生成脆性金属间化合物，使钎料变脆，研究表明Ag-Cu-Ti活性钎料中，当Ti含量超过6wt%时，难以进行挤压、拉拔、轧制。目前国内陶瓷连接用活性钎料钎焊大多采用金属单质粉，按照一定的质量分数配制后，球磨或其它方式混合，然后钎焊陶瓷，这种方式很难使单质粉混合均匀，影响陶瓷钎焊接头的性能。其他形式的钎料如丝状、片状活性钎料大多进口德国或日本产品，进口产品由于采购渠道不畅及进口产品价格过高，影响着活性钎料的应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题而专门研制的一种钎焊陶瓷用活性芯银钎料及其制备方法，本发明的钎料具有熔点低的特点，制备工艺生产效率高，为制造因脆性金属间化合存在造成的难加工成形钎料开辟了新途径。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 本发明的钎焊陶瓷用活性芯银钎料由芯部和外层两部分组成，芯部由含有活性元素的活性合金组成，外层由银合金组成；其主体成分质量百分比含量为：活性合金：2～6%，它由Ti，Zr，Hf元素组成，其质量百分比含量为：Zr：0.1～5%，Hf：0～3%，其余为Ti；银合金：94～98%，它由Ag、Cu、Ge元素组成，其质量百分百含量为：Ag：66～72%，Cu：26～27.9%，Ge：0.1～8%。银合金采用Ag-Cu共晶钎料中加入少量的Ge，这种银合金熔点较低（低于780℃），一方面，陶瓷与金属钎焊连接时，减少了由于钎焊温度过高导致的热裂纹；另一方面，制备该钎料挤压时避免了Ti元素向半熔融态银合金中过度扩散。

[0007] 本发明的钎焊陶瓷用活性芯银钎料的制备方法是采用半熔融银合金挤压将活性合金芯包裹在内部的方法直接得到丝状活性芯银钎料，具体方法包括如下步骤：

[0008] A 、按照活性合金的百分比含量配制活性合金原材料，经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到TiZrHf活性合金丝，将该活性合金丝放入送丝机构中，并使其一端固定在绕丝架上，以便在开始过程中，绕丝架运转对活性合金丝有拉力。送丝机构的下部有一支撑架，防止送丝机构长期使用向下倾斜，造成送丝不畅。

[0009] B、按照银合金的百分比含量配制银合金原材料，熔炼至半熔融状态，倒入温度为720～760℃的挤压筒内，保温2min，使半熔融状态银合金温度保持在720～760℃之间。该温度下既能保证生产出的活性芯银钎料芯部与外层界面处有一定的界面结合，又不会因温度过高导致Ti元素的大量扩散。挤压筒内带有保温装置，熔融银合金倒入挤压筒前，先将挤压筒加热到银合金熔融温度，挤压过程中继续加热保温，使银合金始终处于半熔融状态。
挤压嘴处配有冷却装置，便于挤压出的活性芯银钎料丝快速冷却，提高成品直径精度。

[0010] C、采用500～1000kN的挤压力挤压半熔融银合金，同时启动绕丝架，绕丝速度2～6m/min，拉动活性合金丝，使其缠绕在绕丝架上，即得活性芯银钎料丝成品。

[0011] 本发明的优点

[0012] 1. 克服了我国陶瓷用活性钎料形态单一的缺点，解决了金属单质粉混合不均匀的难题。增加了我国陶瓷连接用活性芯银钎料在国内外市场上的竞争力。

[0013] 2. 本制备方法解决了陶瓷用活性钎料因脆性金属间化合物存在造成的难加工成形问题。

[0014] 3. 本发明在银合金中加入Ge，降低了钎料熔点，减少了钎焊陶瓷与金属时由于钎焊温度过高导致的热裂纹。

[0015] 4. 本制备方法采用半熔融态挤压方法，所需挤压压力小，挤压速度快，生产效率高。

附图说明

[0016] 图1为挤压示意图。

[0017] 1—挤压筒，2—送丝机构，3—保温装置，4—挤压嘴，5—绕丝架，[0018] 6—冷却装置，7—半熔融状态银合金，8—活性合金丝，

[0019] 9—活性芯银钎料丝，10—支撑架。

具体实施方式

[0020] 本发明以下将结合（附图）实施例做进一步描述：

[0021] 实施例1，参见图1：

[0022] A 制备活性合金丝： 配制0.099kg的Ti，0.001kg的Zr；经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔成直径ψ=1mm的TiZr活性合金丝（8）。将其放入送丝机构（2）中，并使其一端固定在绕丝架（5）上。

[0023] 开启挤压筒（1）上的加热装置，使挤压温度达到725±2℃，开启挤压嘴处冷却装置（6）。

[0024] 将挤压筒上挤压嘴（4）换成出丝口处直径为Ф3mm的挤压嘴。

[0025] B 配制1.134kg的Ag，0.447kg的Cu，0.137kg的Ge，将其熔炼至半熔融状态银合金（7），倒入温度为725℃的挤压筒（1）内，保温2min。

[0026] C用900kN的挤压力挤压半熔融银合金（7），同时启动绕丝架（5），拉动活性合金丝（8），使其以5m/min的速度经过冷却装置（6），缠绕在绕丝架（5）上，即得直径为Ф3mm的活性芯银钎料丝（9），活性芯银钎料丝成分含量如表1所示。

[0027] 表1 实施案例1中活性芯银钎料丝成分

[0028]

[0029] 实施例2，参见图1：

[0030] A 制备活性合金丝： 配制0.098kg的Ti，0.002kg的Zr；经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到ψ=1.2mm的TiZr活性合金丝（8）。将其放入送丝机构（2）中，并使其一端固定在绕丝架（5）上。

[0031] 开启挤压筒（1）上的加热装置，使挤压温度达到750±2℃，开启挤压嘴处冷却装置（6）。

[0032] 将挤压筒上挤压嘴（4）换成出丝口处直径为Ф3.5mm的挤压嘴。

[0033] B配制1.179kg的Ag，0.458kg的Cu，0.017kg的Ge，将其熔炼至半熔融状态银合金（7），倒入温度为750℃的挤压筒（1）内，保温2min。

[0034] C用700kN的挤压力挤压半熔融银合金（7），同时启动绕丝架（5），拉动活性合金丝（8），使其以4m/min的速度经过冷却装置（6），缠绕在绕丝架（5）上，即得直径为Ф3.5mm活性芯银钎料丝（9）。活性芯银钎料丝成分含量如表2所示。

[0035] 表2 实施案例2中活性芯银钎料丝成分

[0036]

[0037] 实施例3，参见图1：

[0038] A 制备活性合金丝： 配制0.0969kg的Ti，0.0001kg的Zr，0.003kg的Hf；经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到ψ=1mm的TiZrHf活性合金丝（8）。将其放入送丝机构（2）中，并使其一端固定在绕丝架（5）上。

[0039] 开启挤压筒（1）上的加热装置，使挤压温度达到755±2℃，开启挤压嘴处冷却装置（6）。

[0040] 将挤压筒上挤压嘴（4）换成出丝口处直径为Ф3mm的挤压嘴。

[0041] B配制1.105kg的Ag，0.430kg的Cu，0.031kg的Ge，将其熔炼至半熔融状态银合金（7），倒入温度为755℃的挤压筒（1）内，保温2min。

[0042] C用900kN的挤压力挤压半熔融银合金（7），同时启动绕丝架（5），拉动活性合金丝（8），使其以5m/min的速度经过冷却装置（6），缠绕在绕丝架（5）上，即得直径为Ф3mm活性芯银钎料丝（9）。活性芯银钎料丝成分含量如表3所示。

[0043] 表3 实施案例3中活性芯银钎料丝成分

[0044]

[0045] 实施例4，参见图1：

[0046] A 制备活性合金丝： 配制0.097kg的Ti，0.002kg的Zr，0.001kg的Hf；经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到ψ=1.1mm的TiZrHf活性合金丝（8）。将其放入送丝机构（2）中，并使其一端固定在绕丝架（5）上。

[0047] 开启挤压筒（1）上的加热装置，使挤压温度达到758±2℃，开启挤压嘴处冷却装置（6）。

[0048] 将挤压筒上挤压嘴（4）换成出丝口处直径为Ф3.5mm的挤压嘴。

[0049] B配制1.368kg的Ag，0.53kg的Cu，0.002kg的Ge，将其熔炼至半熔融状态银合金（7），倒入温度为758℃的挤压筒（1）内，保温2min。

[0050] C用700kN的挤压力挤压半熔融银合金（7），同时启动绕丝架（5），拉动活性合金丝（8），使其以4m/min的速度经过冷却装置（6），缠绕在绕丝架（5）上，即得直径为Ф3.5mm活性芯银钎料丝（9）。活性芯银钎料丝成分含量如表4所示。

[0051] 表4 实施案例4中活性芯银钎料丝成分

[0052]

[0053] 实施例5，参见图1：

[0054] A 制备活性合金丝： 配制0.097kg的Ti，0.002kg的Zr，0.001kg的Hf；经熔炼、浇注、辊轧、旋锻、拉拔后得到ψ=1mm的TiZrHf活性合金丝（8）。将其放入送丝机构（2）中，并使其一端固定在绕丝架（5）上。

[0055] 开启挤压筒（1）上的加热装置，使挤压温度达到740±2℃，开启挤压嘴处冷却装置（6）。

[0056] 将挤压筒上挤压嘴（4）换成出丝口处直径为Ф3mm的挤压嘴。

[0057] B配制1.083kg的Ag，0.421kg的Cu，0.063kg的Ge，将其熔炼至半熔融状态银合金（7），倒入温度为740℃的挤压筒（1）内，保温2min。

[0058] C用900kN的挤压力挤压半熔融银合金（7），同时启动绕丝架（5），拉动活性合金丝（8），使其以5m/min的速度经过冷却装置（6），缠绕在绕丝架（5）上，即得直径为Ф3mm活性芯银钎料丝（9）。活性芯银钎料丝成分含量如表5所示。

[0059] 表5 实施案例5中活性芯银钎料丝成分。

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